Десять лет без нового рекорда: что тропики говорят о роли CO2 ✎

Оригинал: "Limits on CO2 Climate Forcing from Recent Temperature Data of Earth"
arXiv:0809.0581 · 2008-09-03 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 4 мин
Спутниковые данные за 1979–2007 годы показывают: глобальное потепление остановилось в 1998-м, а тренд в тропиках соответствует лишь слабому влиянию CO2 без обратных связей.

Контекст

Климатология конца 2000-х годов жила в тени четвёртого оценочного доклада МГЭИК: утверждалось, что рост концентрации парниковых газов, прежде всего CO2, с высокой вероятностью объясняет наблюдаемое потепление. Однако спутниковые данные температуры нижней тропосферы, охватывающие весь земной шар равномерно, показывали иную картину: после максимума 1998 года глобальная аномалия не росла. Вокруг этой работы в архиве соседствуют исследования о роли естественных факторов: солнечной активности, океанических течений, вулканических аэрозолей и внутренней изменчивости климата. Все они так или иначе проверяют, насколько велик вклад человека в потепление на фоне природных колебаний. Данная статья стоит на этом же поле, но делает акцент на широтной структуре сигнала и на том, что тропики, свободные от антропогенных шумов, дают более чистую оценку чувствительности климата.

Методы

Авторы использовали спутниковые данные температуры нижней тропосферы (LT) от Университета Алабамы в Хантсвилле (UAH) за период с января 1979 по декабрь 2007 года. Эти данные равномерно покрывают весь земной шар и относятся к слою от поверхности до давления 350 гПа (средняя высота 2,5 км), что позволяет избежать искажений от приземного пограничного слоя. Для выделения тренда, свободного от естественных колебаний, применялась множественная линейная регрессия: температура в тропиках (20° ю.ш. – 20° с.ш.) моделировалась как сумма линейного тренда по времени, члена, пропорционального индексу Эль-Ниньо (nino3.4), и члена, пропорционального оптической плотности аэрозолей (AOD) как прокси вулканической активности. Перед регрессией все ряды сглаживались 12-месячным скользящим средним для подавления сезонного хода. Задержка отклика температуры на Эль-Ниньо была определена в 4 месяца, на вулканические аэрозоли — в 12 месяцев.

Результаты

Регрессионный анализ тропических аномалий дал основной линейный тренд k = 0,062±0,010 К/декада при коэффициенте детерминации R² = 0,886. Это означает, что почти 89% дисперсии тропической температуры объясняется совместным действием Эль-Ниньо и вулканов, а на долю медленного линейного роста остаётся лишь малая часть. Полученный тренд статистически значим и положителен, но он в четыре раза меньше тренда в северных внетропических широтах (0,28 К/декада) и практически совпадает с оценкой, которую даёт формула МГЭИК для радиационного воздействия CO2 при нулевой обратной связи: 0,070 К/декада. Если бы в климатической системе действовали сильные положительные обратные связи, усиливающие потепление в 2–4 раза, наблюдаемый тренд был бы заметно больше. Следовательно, данные не подтверждают высокую чувствительность климата, а скорее указывают на усиление g ≈ 1. Кроме того, авторы проверили альтернативную модель с резким скачком температуры в 1997 году (около 0,2 К) вместо плавного тренда, и она также хорошо описывает данные, что подчёркивает неоднозначность интерпретации.

Значение

Работа Дугласа и Кристи вносит важный вклад в спор о величине климатической чувствительности. В отличие от соседних исследований, которые часто анализируют глобальные или приземные температуры, здесь акцент сделан на тропическую тропосферу, где сигнал CO2 должен быть наиболее однородным по широте и менее всего загрязнён локальными эффектами. Авторы показывают, что наблюдаемый тренд в тропиках согласуется с нулевой обратной связью, тогда как модели МГЭИК предполагают усиление в 2–4 раза. Это ставит под сомнение доминирующую парадигму и подкрепляет выводы других работ о низкой чувствительности климата, полученные по данным об океаническом теплосодержании и вулканических извержениях. Статья также демонстрирует, что выбор широтного пояса критически важен для выделения антропогенного сигнала.

Развитие

Тема может развиваться в нескольких направлениях. Во-первых, по мере удлинения спутниковых рядов станет возможным проверить, сохраняется ли тренд 0,06 К/декада или он был артефактом ограниченного периода. Во-вторых, важно детально исследовать причины сильного потепления в северных внетропических широтах, которое не похоже на отклик на CO2: это могут быть изменения землепользования, индустриальные аэрозоли или естественная изменчивость. В-третьих, необходимо уточнить роль обратных связей, особенно облачных, которые могут как усиливать, так и ослаблять потепление. Наконец, сравнение с новыми реанализами и моделями высокого разрешения позволит проверить, насколько выводы зависят от конкретного набора данных.

Влияние

Статья влияет на климатическую политику и экономику, поскольку ставит под сомнение необходимость срочных мер по сокращению выбросов CO2. Она также стимулирует дальнейшие исследования в области спутниковой климатологии и статистического анализа временных рядов.

Следующие шаги

Продлить анализ на более свежие данные (после 2007 года) и проверить устойчивость тренда. Сравнить результаты с другими наборами спутниковых данных и реанализами, а также с модельными расчётами при разных сценариях обратных связей.

Ключевые проблемы

Для климатологии ключевой нерешённой проблемой остаётся величина равновесной чувствительности климата к удвоению CO2: оценки варьируются от 1,5 до 4,5 К. Данная работа поддерживает нижнюю границу этого диапазона, что согласуется с недавними оценками по данным об океаническом теплосодержании и вулканических извержениях, но противоречит большинству климатических моделей. Другая проблема — разделение антропогенного сигнала и естественной изменчивости на масштабах десятилетий, особенно в условиях, когда глобальная температура не растёт с 1998 года.

Спутниковые данные температуры нижней тропосферы, использованные в статье, получают с помощью микроволновых зондировщиков, которые измеряют тепловое излучение кислорода на частотах около 60 ГГц. Точность этих измерений такова, что они способны уловить изменение средней температуры слоя атмосферы толщиной в несколько километров на сотые доли градуса.

В романе Майкла Крайтона «Государство страха» (2004) скептически обыгрывается тема антропогенного глобального потепления и политизации климатологии. Данная статья, показывающая, что наблюдаемый тренд в тропиках соответствует лишь слабому влиянию CO2 без обратных связей, перекликается с сюжетом книги, где ставится под сомнение консенсус о доминирующей роли человека в изменении климата.

\Delta T = k \cdot t + k_1 \cdot \text{nino3.4} + k_2 \cdot \text{AOD}
Температурная аномалия в тропиках моделируется как сумма линейного тренда (k·t), вклада Эль-Ниньо (k1·nino3.4) и вклада вулканических аэрозолей (k2·AOD).
\Delta F = 5.35 \ln(C/C_0)
Изменение радиационного потока (Вт/м²) пропорционально логарифму отношения текущей концентрации CO2 к эталонной.
\Delta T = \lambda \Delta F
Изменение температуры равно произведению климатической чувствительности λ на радиационное воздействие ΔF.

Ключевые числа

  • тренд в тропиках: 0,062±0,010 К/декада
  • ожидаемый тренд от CO2 без обратных связей: 0,070 К/декада
  • тренд в северных внетропических широтах: 0,28 К/декада
  • коэффициент детерминации регрессии: 0,886
  • задержка отклика на Эль-Ниньо: 4 месяца
Понятия
эль-ниньо сезонный форсинг ла-нинья глобальное потепление естественная изменчивость годовой цикл энсо южная осцилляция эль-ниньо парниковый эффект NOAA CPC объём тёплой воды климат эффект конденсатора Индийского океана весенний барьер предсказуемости относительный они аномалия температуры североатлантическая осцилляция обратная связь Бьеркнеса вспышка западных ветров межгодовая изменчивость